[发明专利]一种无线传感器网络节点分布式聚类方法

说明书

本发明涉及一种无线传感器网络节点分布式聚类方法，一种无线传感器网络节点分布式聚类方法，网络中所有节点进行聚类后，各节点从邻居节点中确认自己的簇头，将具有相同簇头的节点视为一分簇；节点在发送信息时，同一分簇内的非簇头节点将信息发送给簇头节点，簇头节点对接收到的信息进行聚合后发送给上一级的簇头节点，最终信息发送给基站。本发明通过节点聚类的方式，选择剩余电量较高的节点作为簇头节点，并周期性的更换簇头节点，降低网络中高级别节点的能耗，提高低级别节点的能耗，网络中能量的有效利用率得到提升，延长了网络的生命周期。

技术领域

本发明涉及一种无线传感器网络节点分布式聚类方法，属于无线传感器技术领域。

背景技术

无线传感器网络是由部署在监测区域内的大量微型的、廉价的、低功耗的传感器节点和基站组成，这些节点多以自组织和多跳等方式构成的。节点之间以协作方式感知、采集、处理和传输网络覆盖区域内监测对象信息，并通过多跳路由和数据聚合处理后，将信息汇聚到基站，再通过通讯的方式把这些信息发送给网络的所有者。无线传感器网络扩展了人们对信息获取能力，将客观世界的物理信息同传输网络连接在一起，为人们提供直接、有效、真实的海量信息。

无线传感器节点通常是用微型电池提供能量，面对微型电池能量有限且运行在恶劣甚至危险的自然环境中能量难以补充的问题，电池能量的消耗情况对节点是否能发挥作用起决定性作用。而在无线传感器网络中，无线通信又是电池能量的主要消耗者。而且对于传感器节点来说，如果能量消耗过快，先于下一级传感器节点耗尽能量，则其下一级传感器节点将会形成孤岛，无法将数据传输到基站。因此在无线传感器网络中，节点能量消耗速度不均衡，高级别节点能量消耗快，低级别节点能量消耗慢，网络中能量的有效利用率低，网络生命周期较短。

发明内容

针对上述领域中存在的问题，本发明提供一种无线传感器网络节点高效聚类的方法，使得节点聚类成簇，从而减少网络的无线通信次数，从而均衡网络中的传感器节点能耗，延长整个网络的生命周期。

一种无线传感器网络节点分布式聚类方法，网络中所有节点进行聚类后，各节点从邻居节点中确认自己的簇头，将具有相同簇头的节点视为一分簇；节点在发送信息时，同一分簇内的非簇头节点将信息发送给簇头节点，簇头节点对接收到的信息进行聚合后发送给上一级的簇头节点，最终信息发送给基站。

所述聚类为周期运行，每个聚类周期分为普通节点聚类阶段、簇头节点聚类阶段和稳定阶段；网络在普通节点聚类阶段和簇头节点聚类阶段完成所有节点的聚类操作，确定自己的簇头节点；当聚类运行一段时间后，聚类周期重新开始，再次重新确定自己的簇头节点。

所述聚类的方法为在聚类周期开始时，网络中所有节点都设为普通节点状态，开始普通节点聚类阶段，所有节点根据自身编号来确定聚类的次序；在某节点进行聚类时，该节点获取周围邻居节点的信息并进行分析，若邻居节点中无分簇的簇头节点，则建立新的分簇，选择某一节点作为新分簇的簇头节点，并加入新建立的分簇；若邻居节点中有分簇的簇头节点，则确定某一分簇，并加入分簇；普通节点聚类阶段结束后是簇头节点聚类阶段，在簇头节点聚类阶段，所有簇头节点根据周围邻居节点的信息，确定一个上级邻居节点或基站作为所属另一个分簇的簇头节点，并加入该分簇；簇头节点聚类阶段结束后，网络中所有节点都已聚类成簇，网络进入稳定阶段，传感器节点采集数据，并发送给自身的簇头节点，簇头节点再逐级上传至基站。

所述聚类次序的方法为节点根据自身编号N，在普通节点聚类阶段开始后等待(N-1)*T时间，再开始进行聚类，其中T为单个节点进行聚类所需要的时间。

所述获取周围邻居节点信息的方法为节点广播自己的节点信息，并且接收周围节点的广播信息，以确认自己邻居节点的状态，并进行分析。

所述节点信息包括节点级别、剩余电量、是否为簇头节点的信息。